JPH0414317B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は原子炉容器内炉心の出力分布を均一化
せしめるように燃料集合体の配置を改良した高速
炉用炉心に関する。

［発明の技術的背景］ 従来より、第１図に示すような高速炉が使用さ
れている。図において符号１は原子炉容器であ
り、この原子炉容器１内には冷却材として液体ナ
トリウム２が満たされている。この原子炉容器１
内の中心部は炉心３が配置され、この炉心３上に
炉心上部機構４が、また炉心３の周囲に一次冷却
材ポンプ５および中間熱交換器６等が配置されて
いる。

また、原子炉容器１の上部開口には上部遮蔽体
としてのルーフスラブ７が設けられて気密に密閉
されており、このルーフスラブ７と液体ナトリウ
ム２の液面とのプレナム空間には不活性のカバー
ガスが封入されている。このルーフスラブ７の中
央部には制御棒駆動機構８が支持されている。

この制御棒駆動機構８は、第２図に示すように
ルーフスラブ７上に配置される駆動部と、ルーフ
スラブ７の下面側に配置される上部案内管１２お
よび延長管１３とで構成されている。なお、第２
図は第１図における原子炉容器１内の炉心３に制
御棒を挿入する駆動機構８と炉心３を拡大して概
略的に示している。

上記制御棒駆動機構８は制御棒１０を炉心３の
炉心燃料９中に挿入、引抜き操作して炉心３の反
応度の制御を行なうものである。

この炉心３はそれぞれ核分裂性物質を多く含む
多数本の外側炉心燃料集合体と、核分裂性物質を
外側炉心燃料集合体より少なく含む内側炉心燃料
集合体と、中性子吸収物質を含み核分裂反応を制
御する制御棒とによつて形成されている。

第３図は第１図における高速炉の炉心３を上面
から配置の一例を示す概略的平面図である。

すなわち、炉心３は外側炉心燃料集合体によつ
て構成される外側炉心領域１４（図中太線より外
側）と、内側炉心燃料集合体によつて構成される
内側炉心領域１５とで構成されており、炉心３内
に制御棒１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｘが、こ
れらの領域１４，１５中に多数分散して挿入配置
されている。

制御棒１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、多数存在す
る制御棒の内で炉心３の起動、停止、出力制御の
目的に用いられる主炉停止用制御棒である。制御
棒１０Ｘは、多数ある制御棒の内で炉の緊急停止
の目的のみに用いられ、通常運転時には炉心３か
ら常に全引抜き状態にある後備炉停止用制御棒で
ある。

これらの主炉停止用制御棒の内、符号１０Ａは
中心に、符号１０Ｂは中心から見て２番目の距離
に、符号１０Ｃは内側炉心領域１５と外側炉心領
域１４の境界に、各々位置された主炉停止用制御
棒１０を示している。

また、第３図に示したように、炉中心から見て
最も遠い距離に配置された制御棒１０Ｃは、通常
内側炉心領域１５と外側炉心領域１４の境界に位
置される。

高速炉の運転においては、長期にわたる運転を
継続するために、運転サイクル初期では炉が持つ
ている余剰反動度を制御する必要があり、そのた
め運転サイクル初期においては、主炉停止用制御
棒１０Ｃ等を炉心３へ部分挿入させて運転を行な
つている。

［背景技術の問題点］ ところで、ある距離を隔てた２本の制御棒１０
を炉心燃料９に挿入してある一定の出力を行なう
場合と、これらの制御棒１０引抜きで同じ出力運
転を行なう場合とを比べると、制御棒１０近傍の
炉心燃料９の出力は制御棒１０が引抜き状態にあ
るときより挿入状態にあるときの方が低い。これ
とは逆にこの２本の制御棒１０に挾まれた中点に
おける炉心燃料９の出力は、制御棒１０が引抜き
状態にあるときより挿入状態にあるときの方が高
い。

この様子を表わしたものが第４図の出力分布曲
線であり、図中、横軸は位置を縦軸は炉心燃料９
の出力を示してある。また図中、実線Ａは制御棒
１０の挿入状態にある場合、点線Ｂは制御棒１０
の引抜き状態にある場合を各々示している。な
お、第４図は第３図中のＡ−A′に沿つた出力分
布に相当する。

第４図から明らかなように従来例の第３図にお
ける主炉停止用制御棒１０Ｃの全部を運転サイク
ル初期において炉心に部分挿入して運転する場合
には、主炉停止用制御棒１０Ｃによつて挾まれた
中点に位置する外側炉心燃料集合体１６Ａあるい
は１６Ｂの出力は非常に高くなる。

このような炉心燃料の局所的な最大出力制御棒
の部分挿入を行なう運転サイクル初期において発
生するのが通常であり、またその時に最も熱的に
厳しい状態となる。この場合、熱的に制限条件を
越えるようなことがあれば炉心の全出力を下げる
か、あるいは炉心燃料集合体数を増加させる必要
がある。

しかしながら、このようにすることは燃料経済
だけでなく、プラント経済上も望ましくない。

また、一般に高速炉の炉心設計において、炉心
内の出力分布を極力平均化し、かつ核分裂性物質
の必要利用を削減することが炉心の経済性を向上
させる点で必要なことであるが、従来の炉心の配
置ではまだ十分でない。

［発明の目的］ 本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであ
り、炉心の出力分布を極力乱すことなく均一化し
た状態で運転することができる高速炉用炉心を提
供することを目的とする。

［発明の概要］ すなわち本発明は、核分裂性物質を多く含む外
側炉心燃料集合体からなる外側炉心領域と、核分
裂性物質をこの外側炉心燃料集合体より少なく含
む内側炉心燃料集合体からなる内側炉心領域と、
中性子吸収物質を含み前記内側炉心領域中に挿
入、引抜きされて核分裂反応を制御する制御棒に
よつて構成される高速炉用炉心において、該炉心
中心より最も遠く配置された複数の制御棒のうち
で相互に最短距離に位置する２つの制御棒を結ぶ
直線の中点にはすべて内側炉心燃料集合体を配置
し、かつ炉心中心より最も遠く配置された制御棒
に接する燃料集合体のうち、前記制御棒より炉心
中心側とは反対側に位置するすべての燃料集合体
には外側炉心燃料集合体を用いたことを特徴とす
るもので、炉心の出力分布の均一化を図ることが
できる。

［発明の実施例］ 以下本発明に係る高速炉用炉心の一実施例を第
４図と同一部分は同一符号で示す第５図に基づい
て説明する。

第５図は本発明を用いた場合の高速炉用炉心の
配置状態を平面的に示している。

第５図に示すように、炉心中心より最も遠く配
置された主炉停止用制御棒１０Ｃに挾まれ、前記
制御棒１０Ｃの間の中点に位置する燃料集合体１
７Ａ、または１７Ｂはすべて外側炉心燃料集合体
より核分裂性物質を少なく含む内側炉心燃料集合
体を用いることによつて内側炉心領域１５に属し
ている。

一般に、中性子束等燃料を取り巻く環境条件が
同じであるならば、燃料集合体に含まれる核分裂
性物質の量が少ない方が燃料集合体の出力は低く
なるため、第５図に示す本発明の炉心配置を用い
る場合には、前記制御棒１０Ｃを炉心の部分挿入
して高速炉を運転するときにおいても燃料集合体
１７Ａあるいは１７Ｂでは、従来発生していた局
所的な最大出力は発生しなくなる。

第６図は本発明を用いた場合の部分挿入した制
御棒１０Ｃに挾まれた炉心燃料における出力分布
を示してある。この図は第５図中のＡ−A′に沿
つた出力分布に相当する。

従来例では、部分挿入した制御棒１０で挾まれ
た中点の炉心燃料部で局所的に大きな出力が発生
しているが（第４図）、本発明の実施例では局所
的な出力が抑えられていることが明らかである
（第６図）。これは部分挿入した制御棒１０Ｃで挾
まれた中点には核分裂性物質を少なく含む内側炉
心燃料集合体が配置されているためである。

さらに説明すると、炉心燃料ピンの軸方向長さ
１cm当たりの最大出力を最大線出力と呼ぶことに
すると、従来例では最大線出力は445W／cmにな
るのに対して本実施例では425W／cmと約５％出
力の最大値が低下する。

第７図は本発明の他の実施例を示している。

第７図では燃料集合体１８Ａ，１８Ｂ，１８
Ｃ，１８Ｄに内側炉心燃料集合体を用いており、
第５図の実施例に比べると内側炉心領域１５を広
くとつている。運転サイクル初期における制御棒
１０Ｃの部分挿入の深度は、運転サイクル初期に
炉が持つている余剰反応度、制御棒１０Ｃに含ま
れている中性子吸収物質の量等個々の設計により
異なるため、制御棒１０Ｃに挾まれた領域出力分
布の形は個々の設計により異なる。

従つて、制御棒１０Ｃに挾まれた中点の炉心燃
料の出力が著しく大きくなる場合には、本発明の
実施例のように燃料集合体１８Ａ，１８Ｂにも内
側炉心燃料集合体を配置することによつて局所的
な最大出力を抑えることができる。

第８図は本発明のさらに他の実施例を示してい
る。

符号１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ，１９Ｅ
は、内側炉心燃料集合体であり、運転サイクル初
期において制御棒１０Ｃを部分挿入して運転する
場合の局所的な最大出力の発生を抑えている。

また、前述したように、運転サイクル初期にお
ける制御棒１０Ｃの部分挿入の深度は、個々の設
計により異なるため、前記制御棒１０Ｃに接する
燃料集合体の出力が制御棒１０Ｃの挿入によつて
著しく低下する場合には、本発明の実施例のよう
に燃料集合体２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，
２０Ｅ，２０Ｆには、核分裂性物質を内側炉心燃
料集合体より多く含む外側炉心燃料集合体を用い
た方が出力分布の均一化の点でより効果的であ
る。

一般には、単位体積当りに含まれている核分裂
性物質の量が同じ燃料集合体では、炉心中心近く
配置された方が遠く配置された場合よりも出力は
高いため、制御棒１０Ｃに接して炉心中心側に配
置された燃料集合体２０Ｂ，２０Ｆには、核分裂
性物質の含有量が少ない内側炉心燃料集合体を用
いるが、本実施例では制御棒１０Ｃの部分挿入に
よる出力の低下が大きいため、核分裂性物質を多
く含む外側炉心燃料集合体を用いている。このこ
とによつて燃料集合体２０Ｂ，２０Ｆにおける出
力の低下を防ぎ、出力分布の均一化を図つてい
る。

また、第７図の実施例と同様にして、燃料集合
体１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ，１９Ｅに
は、内側炉心燃料集合体を用いることによつて制
御棒１０Ｃの部分挿入による局所的な大きな出力
の発生を抑えている。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は運転サイクル初期
において、炉心中心から最も遠く配置された制御
棒を炉心へ部分挿入することによつて、前記制御
棒の間で発生る局所的な大きな出力を内側炉心燃
料集合体を配置することによつて抑えているため
に出力分布の均一化が達成され、炉心の経済性が
向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は高速炉を示す縦断側面図、第２図は第
１図における制御棒駆動機構を示す構成図、第３
図は従来の高速炉の炉心配置の一例を示した平面
図、第４図は従来の高速炉の炉心の場合に炉心中
心から最も遠く配置された制御棒を運転サイクル
初期に炉心の部分挿入した時と引抜いた時のその
制御棒周辺の炉心燃料の出力分布形を示した特性
図、第５図は本発明による炉心配置の一実施例を
示す平面図、第６図は本発明による炉心配置を用
いた場合に炉心中心から最も遠く配置された制御
棒を運転サイクル初期に炉心へ部分挿入した際の
その制御棒周辺の炉心燃料の出力分布形を示す特
性図、第７図および第８図それぞれ本発明のさら
に他の実施例を示す平面図である。 １……原子炉容器、３……炉心、１０Ａ，１０
Ｂ，１０Ｃ，１０Ｘ……制御棒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 核分裂性物質を多く含む外側炉心燃料集合体
   と核分裂性物質を外側炉心燃料集合体より少なく
   含む内側炉心燃料集合体と中性子吸収物質を含み
   核分裂反応を制御する制御棒によつて構成される
   高速炉用炉心において、該炉心中心より最も遠く
   配置された複数の制御棒のうちで相互に最短距離
   に位置する２つの制御棒を結ぶ直線の中点にはす
   べて内側炉心燃料集合体を配置し、かつ炉心中心
   より最も遠く配置された制御棒に接する燃料集合
   体のうち、前記制御棒より炉心中心側とは反対側
   に位置するすべての燃料集合体には外側炉心燃料
   集合体を用いたことを特徴とする高速炉用炉心。 ２ 内側炉心燃料集合体は炉心中心側と反対側で
   接するように配置されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の高速炉用炉心。